介紹了水輪機(jī)進(jìn)水球閥的主要組成部分及各部分的作用和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn),這些新結(jié)構(gòu)的使用,使進(jìn)水球閥的總體布局更加合理,性能更先進(jìn)。闡述了水輪機(jī)進(jìn)水球閥的工作原理、控制原理、運(yùn)輸保管和安裝要求等事項(xiàng)。

1、概述

　　水輪機(jī)是水電站的重要機(jī)電設(shè)備之一。為了保證水輪機(jī)安全和可靠的運(yùn)行,水輪機(jī)的入水口處均裝設(shè)有進(jìn)水球閥,上游與壓力鋼管連接,下游與水輪機(jī)進(jìn)水蝸殼連接。一方面在水輪機(jī)及發(fā)電機(jī)組檢修時(shí)通過(guò)該閥切斷壓力鋼管內(nèi)的水流,保證檢修的安全,另一方面在水輪機(jī)及發(fā)電機(jī)出現(xiàn)異常時(shí)可有效切斷水流,防止事故的發(fā)生。由于水輪機(jī)運(yùn)行的特殊要求,通用球閥在水電站的運(yùn)行中不能滿足工況系統(tǒng)的使用要求,導(dǎo)致機(jī)組無(wú)法運(yùn)行的現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生。為了確保水輪機(jī)組能平穩(wěn)、可靠和安全的運(yùn)行,在消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上,采用全新的設(shè)計(jì)理念,研制開(kāi)發(fā)出新型水輪機(jī)進(jìn)水球閥。

2、主要構(gòu)成部分及作用

　　水輪機(jī)進(jìn)水球閥主要由主閥部分、驅(qū)動(dòng)部分、旁通管路、上游湊合節(jié)、下游伸縮節(jié)、鎖定部分、支撐部分及配套部分等組成(圖1) 。

　　(1)主閥部分(標(biāo)配)

　　包括閥體、球體、閥桿及閥座(活塞止水環(huán))等,該部分是整個(gè)閥門(mén)的核心,其作用是接通或切斷水流。

　　(2)驅(qū)動(dòng)部分(標(biāo)配)

　　對(duì)于電動(dòng)操作的水輪機(jī)進(jìn)水球閥,其驅(qū)動(dòng)部分為電動(dòng)裝置。對(duì)于液動(dòng)操作水輪機(jī)進(jìn)水球閥,其驅(qū)動(dòng)部分為液壓接力器與拐臂(對(duì)于搖擺缸)等,該部分的作用是驅(qū)動(dòng)主閥進(jìn)行啟閉動(dòng)作。

　　(3)旁通管路(推薦采用)

　　包括旁通閥、檢修閥(僅用于旁通閥)、鋼管和彎頭等,該部分的作用是在閥門(mén)啟閉前平衡上下游壓差,避免在全壓差下啟閉閥門(mén)出現(xiàn)水錘現(xiàn)象以及有效地降低閥門(mén)的操作轉(zhuǎn)矩。

　　(4)上游湊合節(jié)(對(duì)液動(dòng)止水環(huán)式水輪機(jī)進(jìn)水球閥為標(biāo)配,對(duì)其余兩類為選配)

　　用于閥門(mén)與上游端壓力鋼管進(jìn)行連接,連接方式通常為焊接,并且會(huì)預(yù)留50～100mm的焊接配割余量。

　　(5)下游伸縮節(jié)(對(duì)液動(dòng)止水環(huán)式水輪機(jī)進(jìn)水球閥為標(biāo)配,對(duì)其余兩類為選配)

　　包括插管與活動(dòng)法蘭兩部分,用于閥門(mén)與下游水輪機(jī)進(jìn)水蝸殼連接,連接方式為法蘭連接。通過(guò)伸縮節(jié)的方式,一方面可方便對(duì)閥門(mén)進(jìn)行檢修維護(hù),另一方面可適應(yīng)由于溫度、壓力的變化造成的管道軸向膨脹或收縮。

　　(6)鎖定部分(選配)

　　主要包括上游檢修密封鎖定及接力器鎖定。主要用于防止由于誤操作帶來(lái)的閥門(mén)誤動(dòng)作,保證系統(tǒng)的安全性及可靠性。

　　(7)支撐部分

　　包括主閥與接力器底座。底座通過(guò)地腳螺栓安裝于混凝土支墩上,用于支撐閥門(mén)的重量及為搖擺式接力器提供固定轉(zhuǎn)軸。

　　(8)配套部分

　　該部分用于控制閥門(mén)的驅(qū)動(dòng)部分,為驅(qū)動(dòng)裝置提供動(dòng)力源,并使閥門(mén)按照預(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行動(dòng)作。

3、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

3.1、不銹鋼活塞式止水環(huán)

　　液動(dòng)止水環(huán)式水輪機(jī)進(jìn)水球閥采用不銹鋼活塞式止水環(huán)密封止水,通過(guò)油壓或水壓控制止水環(huán)的投入與退出(圖2) 。每臺(tái)閥門(mén)設(shè)兩個(gè)止水環(huán),上游側(cè)為檢修密封,下游側(cè)為工作密封。檢修密封設(shè)手動(dòng)鎖緊裝置,正常工作時(shí)檢修密封處于常開(kāi)狀態(tài),只在機(jī)組檢修時(shí)投入,為保證下游檢修的安全性,應(yīng)手動(dòng)將鎖定投入。工作密封在閥門(mén)關(guān)閉時(shí)投入,在球體動(dòng)作前退出。為保證閥門(mén)能在緊急情況下迅速關(guān)閉,在閥門(mén)達(dá)到全開(kāi)后,工作密封仍然處于退出狀態(tài)。

1.主閥部分　2.鎖定部分　3.上游湊合節(jié)　4.旁通管路　5.下游伸縮節(jié)　6.驅(qū)動(dòng)部分　7.支撐部分

圖1　水輪機(jī)進(jìn)水球閥

圖2　止水環(huán)工作密封結(jié)構(gòu)

　　通過(guò)變換進(jìn)油(或水)的方向控制止水環(huán)的動(dòng)作方向,以滿足操作的需要。止水環(huán)與閥體及端蓋之間的密封采用雙重O形圈,并且可通過(guò)設(shè)置PTFE擋圈的方式減小O形圈的磨損。止水環(huán)的材料通常為1Cr13。

3.2、可更換的活門(mén)密封環(huán)

　　因止水環(huán)式水輪機(jī)進(jìn)水球閥通常用于水質(zhì)較差、水頭較高的電站,所以惡劣的工況對(duì)閥門(mén)的損耗是非常嚴(yán)重的,特別是對(duì)密封面的磨損非常厲害。為了提高閥門(mén)的可維護(hù)性,液動(dòng)止水環(huán)式水輪機(jī)進(jìn)水球閥將閥門(mén)的密封環(huán)設(shè)計(jì)為可拆卸可更換結(jié)構(gòu),在閥門(mén)長(zhǎng)期使用活門(mén)密封環(huán)發(fā)生嚴(yán)重磨損后,可僅對(duì)密封環(huán)進(jìn)行更換而不需要更換活門(mén)或另購(gòu)閥門(mén),提高閥門(mén)主體的使用壽命,降低資金投入。

　　活門(mén)主要由活門(mén)體、密封環(huán)、O形圈、螺釘及位銷等(圖3)組成。密封環(huán)通過(guò)一組螺釘固定在活門(mén)體相應(yīng)部位。密封環(huán)與活門(mén)體之間的密封靠O形圈來(lái)保證。定位銷的作用在于密封環(huán)與活門(mén)體的準(zhǔn)確定位,以免密封環(huán)更換以后與活門(mén)體發(fā)生裝配錯(cuò)位。密封環(huán)的材料通常為2Cr13。

1.活門(mén)體　2.O形圈　3.密封環(huán)　4.螺釘

圖3　可更換的活門(mén)密封環(huán)

3.3、輕便的活門(mén)結(jié)構(gòu)

　　液動(dòng)止水環(huán)式水輪機(jī)進(jìn)水球閥經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐,摒棄了之前常用的完整球形活門(mén)結(jié)構(gòu),而采用了類球狀結(jié)構(gòu),大大減輕了活門(mén)的自重(圖4) 。一方面可以節(jié)省投資,另一方面亦可緩解活門(mén)自重對(duì)閥殼帶來(lái)的受力影響。

　　限于篇幅，文章中間章節(jié)的部分內(nèi)容省略，詳細(xì)文章請(qǐng)郵件至作者索要。

4、結(jié)語(yǔ)

　　(1) 采取逆向奧氏體完全再結(jié)晶的方法, 可以細(xì)化大口徑熱擠壓管粗大晶粒, 其最佳規(guī)范是850℃ ×1h。

　　(2) 逆向奧氏體再結(jié)晶是在原奧氏體晶界形核生成新的晶粒、形核由晶界移向晶內(nèi)完全再晶、原奧氏體晶界完全消失和新生晶粒聚合長(zhǎng)大4個(gè)過(guò)程。

　　(3) 采取再結(jié)晶后的材料延性大大提高, 且斷口由沿晶斷裂變?yōu)轫g性斷裂。

　　(4) 加熱與冷卻速度對(duì)再結(jié)晶效果影響不大,因此本方法在工業(yè)性生產(chǎn)中是行之有效的。